Jak mały jest atom?

Jak małe są atomy? Co jest w ich środku? Odpowiedzi okazują się zdumiewające nawet dla tych, którym wydaje się, że już wiedzą. Znajdziemy tu dynamiczną animację i niesamowite metafory (wyobraź sobie jagodę wielkości stadionu piłkarskiego!), za pomocą których autor stara się wytłumaczyć te elementy budujące cały nasz świat w intuicyjny i przystępny sposób.

Lekcja: Jonathan Bergmann, animacja: Cognitive Media.

(Muzyka)

Prawdopodobnie już wiecie,
że wszystko składa się

z maleńkich rzeczy zwanych atomami,

oraz że każdy atom tworzą
mniejsze cząstki:

protony, neutrony i elektrony.

Słyszeliście również, że atomy są małe,

ale założę się, że nigdy nie
zastanawialiście się, jak bardzo.

Odpowiedź brzmi:
są bardzo, bardzo, bardzo małe.

Pytacie "a dokładniej"?

Żeby to zrozumieć, postawmy pytanie:

Ile atomów jest w grejpfrucie?

Załóżmy, że grejpfrut zbudowany jest
wyłącznie z atomów azotu,

choć to nieprawda, ale jakieś atomy azotu
w grejpefrucie znajdziemy.

Pomożemy sobie, powiększając każdy atom

do wielkości jagody.

Jaki duży musiałby być wtedy grejpfrut?

Tej samej wielkości co... Ziemia.

Szaleństwo! Chcesz powiedzieć,
że jeśli wypełnię Ziemię jagodami,

uzyskam liczbę atomów azotu w grejpfrucie?

Zgadza się! Więc jak duży jest atom?

Jest bardzo, bardzo, bardzo mały.

I wiecie co?

To nie koniec szaleństwa.

Zajrzyjmy teraz do wnętrza atomu - jagody.

Co tam widzimy?

W środku znajduje się jądro,

które zawiera protony i neutrony,

a na zewnątrz są elektrony.

Jak duże jest jądro?

Jeżeli atomy to jagody we wnętrzu Ziemi,
jak duże byłoby jądro?

Może pamiętacie z fizyki ilustrację atomu

i strzałkę wskazującą jądro atomowe.

Ilustracja ta nie jest wykonana
w odpowiedniej skali,

więc proporcje nie są tu właściwe.

Więc jak duże jest jądro atomu?

Jeżeli przecięlibyście jagodę na pół

i poszukali jądra...

Byłoby ono niewidoczne.

Byłoby za małe, żeby je zobaczyć!

Powiększmy nasz atom, czyli jagodę,

do wielkości domu.

Wyobraźcie sobie piłkę
wielkości dwupiętrowego domu.

Szukamy jądra.

Jest ledwie widoczne.

Żeby zrozumieć, jakiej
wielkości jest jądro,

musimy powiększyć jagodę do rozmiaru
stadionu piłkarskiego.

Wyobraźcie sobie piłkę
wielkości stadionu piłkarskiego,

i dokładnie w samym środku
tego stadionu-atomu

w końcu zobaczylibyście jądro!

Byłoby wielkości szklanej kulki.

Na tym nie koniec rewelacji.

Wróćmy do atomu.
Zawiera on protony, neutrony i elektrony.

Protony i neutrony są wewnątrz jądra

i skupiają w sobie prawie całą masę atomu.

Na krawędzi znajdują się elektrony.

Jeżeli atom jest wielkości stadionu

z jądrem w środku
i elektronami na zewnątrz,

co znajduje się pomiędzy nimi?

Odpowiedź brzmi... pusta przestrzeń.

(Szum wiatru)

Zgadza się. Pustka!

Pomiędzy jądrem a elektronami znajdują się
duże obszary pustej przestrzeni.

Teoretycznie między nimi
są pola elektromagnetyczne,

ale praktycznie przestrzeń jest pusta.

Pamiętajcie, że ta rozległa przestrzeń

wewnątrz jagody,
znajdującej się wewnątrz Ziemi

tak naprawdę znajduje się
w atomie w grejpfrucie.

Czas na kolejną ciekawostkę.

Prawie cała masa atomu
mieści się w jądrze,

niewielka część znajduje się w elektronie,
ale większość w jądrze.

Jaką gęstość ma jądro?

No cóż, odpowiedz was zdziwi.

Gęstość typowego jądra

to 4 x 10 do potęgi 17
kilograma na metr sześcienny.

Ciężko to pojąć. W miarach brytyjskich

to 2,5 x 10 do potęgi 16
funta na stopę sześcienną.

Ciągle ciężko.

Chcę żebyście zrobili pudełko
o wymiarach 30,48 x 30,48 x 30,48 cm.

Bierzemy wszystkie jądra atomowe
z samochodu,

a samochód waży średnio 2 tony.

Ile jąder atomów samochodu
trzeba umieścić w pudełku,

żeby otrzymać tam gęstość jądra atomowego?

Jeden samochód? Dwa? Może 100?

Nie, nie i jeszcze raz nie.

Znacznie więcej, bo 6,2 miliarda.

To prawie populacja ludzi na świecie.

Jeżeli każdy człowiek miałby samochód,

i umieścilibyśmy je w pudełku,
otrzymalibyśmy gęstość jądra.

Dokładnie - weźcie wszystkie samochody,
umieśćcie je w pudełku,

a otrzymacie gęstość jądra atomowego.

Dobra, przyjrzyjmy się temu raz jeszcze.

Atom jest bardzo mały.

Atomy w grejpfrucie
są jak jagody we wnętrzu Ziemi.

Jądro atomowe jest niewiarygodnie małe.

Zerknijmy do wnętrza jagody
i powiększmy ją do rozmiaru stadionu,

a wtedy otrzymamy
jądro wielkości szklanej kuleczki.

Atom składa się z wielkiej ilości
pustej przestrzeni.

Jakie to dziwne!

Jądro atomowe ma olbrzymią gęstość.

Tak jakbyśmy wszystkie samochody świata
włożyli do pudełka o bokach 30,48 cm.

Chyba się zmęczyłem.

(Ziewanie)